高Q值和机电耦合系数的声表面波元件及其制备方法与流程

本发明属于集成电路器件制造，具体涉及一种高q值和机电耦合系数的声表面波元件及其制备方法。

背景技术：

1、声表面波(surface acoustic wave ,saw)滤波器因其具有体积小适合量产的特点而广泛应用于射频通信领域。并且随着通信系统的应用场景复杂程度越来越高，业内逐渐采用复合膜基底（键合基底/多层薄膜基底），来满足高q，高隔离，低损耗性能，高温度稳定性的市场需求。

2、然而基于复合膜基底制造技术下实现的产品，对叉指换能器的结构和膜层具有较高的要求，叉指换能器的结构和金属膜层设计对横向模和q值以及机电耦合系数都有很大影响。现有很多技术应用时会导致有严重的横向模式波纹产生，这些横模将产生杂散响应，降低saw谐振器/滤波器的插入损耗、引起通带内波动、导致产品q值和机电耦合系数降低，降低设备灵敏度，对器件性能造成较大的影响。因此，如何优化叉指换能器的结构和膜层，能够在抑制横向模的同时，提高滤波器的q值和机电耦合系数是行业内的痛点也是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术下叉指换能器的两层金属薄膜结构实现的表面声波产品，两层金属膜之间键合效果较差，阻抗较大，导致叉指换能器的q值和机电耦合系数较低，性能较差，插入损耗较大的问题，本发明提供了一种高q值和机电耦合系数的声表面波元件，本发明中的声表面波元件可以谐振器或滤波器等产品。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种高q值和机电耦合系数的声表面波元件，包括压电基板和形成于压电基板上的叉指换能器；所述叉指换能器由第一电极指膜和第二电极指膜组成；其中：

4、第一电极指膜形成于压电基板表面，包括相对设置的一对下汇流条以及从下汇流条伸出的呈交叉间隔布置多个假指和电极指端部区，其中一个下汇流条连接的假指、电极指端部区分别与另一个下汇流条连接的电极指端部区、假指相对布置；

5、所述第二电极指膜形成于所述压电基板表面，并覆盖第一电极指膜部分区域，包括一对上汇流条以及从上汇流条伸出的多个平行间隔分布的电极指；上汇流条形成在下汇流条的顶部，且上汇流条的面积不大于下汇流条的面积，所述上汇流条与下汇流条重叠的区域形成叉指换能器的汇流条；所述电极指包括位于所述一对上汇流条之间的主体段，以及从所述主体段向所述上汇流条方向延伸的延伸段；所述延伸段覆盖于所述电极指端部区的上方并与所述电极指端部区相重叠，所述重叠区域构成叉指换能器端部；所述延伸段还与所述上汇流条相连接；电极指与假指之间具有间隙。

6、作为优选的技术方案，所述上汇流条的形状与所述下汇流条的形状相同。即所述上汇流条完全重叠覆盖在下汇流条的顶部，上汇流条的面积与下汇流条的面积相同。

7、作为优选的技术方案，所述上汇流条的长度与所述下汇流条的长度相同，所述上汇流条的宽度小于所述下汇流条的宽度。即所述上汇流条部分覆盖在所述下汇流条的顶部，上汇流条的面积小于下汇流条的面积。

8、作为优选的技术方案，所述上汇流条由多个平行且间隔排布的条状单元组成；所述条状单元的宽度与下汇流条的宽度相同，且条状单元与所述电极指端部区连接。

9、作为优选的技术方案，所述压电基板为键合基底或多层薄膜基底。所述键合基底包括基底以及位于基底顶部的压电层；所述多层薄膜基底包括基底以及从下至上依次位于基底顶部的高阻膜、功能层和压电层。键合基底中压电层的弹性波传播方向ψ由压电单晶的欧拉角( φ，θ，ψ)来规定，优选为(35-60)度y-x切的litao3，厚度优选为0.2λ~0.5λ（100nm~4000nm）；功能层优选为sio2，厚度为0.2λ~0.6λ（100nm~4500nm）；高阻膜优选为多晶硅（poly-si），厚度为100nm~1000nm；基底优选为高阻硅（si），优选电阻率为100ωcm以上，优选晶相为(001)/(100)/(010)，优选晶面为(100)/(110)/(111)，厚度大于100um。

10、作为优选的技术方案，所述第一电极指膜的厚度为0.01λ~0.05λ；所述第一电极指膜的组成材料为铝、铜、钛中的至少一种。第一电极指膜主要起到降低电极指膜末端声速的作用，所以金属厚度相对于较低；

11、作为优选的技术方案，所述第二电极指膜的厚度为0.05λ~0.12λ；第二电极指膜的组成材料为铝、铜、钛中的至少一种。第二电极指膜为叉指换能器的主要功能层，厚度为半导体滤波器工艺中常用电极厚度，且厚度大于第一电极指膜的厚度。

12、本发明还提供了上述所述的声表面波元件制备方法，包括以下步骤：

13、在压电基板上通过光刻、蒸镀、去胶/刻蚀方法形成第一电极指膜；

14、在形成第一电极指膜的压电基板上通过光刻、蒸镀、去胶/刻蚀形成第二电极指膜。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明在现有技术的基础上，使第一电极指膜与第二电极指膜的汇流条重叠区域与电极指直接相连，上汇流条与下汇流条重叠的区域完全覆盖电极指端部区与汇流条相连接的区域，以优化叉指换能器的叠层结构，增加了有效导电接触面积，同时减少了因键合不良产生的非导电杂质或微小空隙，提升两层金属膜之间的键合效果，改善叉指换能器表面物理与化学状态，从而减小了两层金属膜之间的阻抗问题。由于叉指换能器表面阻抗减小，良好的键合效果形成更连续、稳定的金属晶体结构，减少了电子散射，降低电阻率，因此产品的q值和机电耦合系数得到了明显的提升，同时保留叉指换能器在末端的激励效应，阻断横向模式波纹的产生。该结构相比于现有技术，能完全应用于实际工艺生产，得到性能优良、可靠性更高的saw表面声波产品。

1.一种高q值和机电耦合系数的声表面波元件，包括压电基板和形成于压电基板上的叉指换能器；所述叉指换能器由第一电极指膜和第二电极指膜组成；其中：

2.根据权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，所述上汇流条的形状与所述下汇流条的形状相同。

3.根据权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，所述上汇流条的长度与所述下汇流条的长度相同，所述上汇流条的宽度小于所述下汇流条的宽度。

4.根据权利要求1所述的声表面波元件，其特征在于，所述上汇流条由多个平行且间隔排布的条状单元组成；所述条状单元的宽度与下汇流条的宽度相同，且条状单元与所述电极指端部区连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的声表面波元件，其特征在于，所述压电基板为键合基底或多层薄膜基底。

6.根据权利要求1至4任一项所述的声表面波元件，其特征在于，所述第一电极指膜的厚度为0.01λ~0.05λ。

7.根据权利要求6所述的声表面波元件，其特征在于，所述第一电极指膜的组成材料为铝、铜、钛中的至少一种。

8.根据权利要求1至4任一项所述的声表面波元件，其特征在于，所述第二电极指膜的厚度为0.05λ~0.12λ。

9.根据权利要求8所述的声表面波元件，其特征在于，所述第二电极指膜的组成材料为铝、铜、钛中的至少一种。

10.如权利要求1至9任一项所述的声表面波元件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：